DE2418419B2 - Verfahren zur Herstellung carboxylgruppenhaltige Latices - Google Patents
Verfahren zur Herstellung carboxylgruppenhaltige LaticesInfo
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Description
Die Herstellung wäßriger carboxylgruppenhaltiger Poiymerisat-Latices ist z. B. in der US-Patentschrift
27 24 707 beschrieben. Solche Latices sind im Handel erhältlich; insbesondere carboxylgrupnenhajtigp Styrol-Butadfvn-Copolymerisat-Latices
werden zur Papierbeschichtung, zur Verfestigung von Vliesmaterialien und
7urTeppichrückenbeschächtung großtechnisch verwen
det. Diese Latices neigen dazu, stabile Schäume zu bilden, die bei der Verarbeitung z. B. auf schnellaufenden
Maschinen erheblich stören.
Das Schäumen ist durch die niedrige Oberflächenspannung der Latices bedingt, die ihrerseits von den in
den Latices enthaltenden Emulgatoren verursacht wird. Deshalb wären Latices mit möglichst geringem Gehalt
an Emulgatoren wünschenswert Vermindert man aber « die Emiiigaiormenge bei der Herstellung der Latices,
dann wird deren Stabilität unzureichend.
Die Emulsionspolymerisation ohne Emulgatoren ist bekannt. Die so hergestellten Latices sind aber nicht
reproduzierbar und enthalten sehr viel Gel. Dieses fällt w
als grobe Ausscheidungen und besonders als Mikroköagülai
(mi Teiiehendürchmessem von 10 bis 200 μ an.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung carboxylgruppenhaltiger Latices durch
Polymerisation ernes Gemischs von γλ
20 bis 80 Gew.-Teilen Styrol
0 bis 10 Gew.-Teilen Acrylnitril
0 bis 5 Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter ω
Carbonsäureamide oder deren Memyioiaerivate und
1,5 bis 10 Gew.-Teilen äthyienisch ungesättiger Carbonsäuren
in wäßriger Emulsion in Anwesenheit eines radikalbildenden
Katalysators und eines anionischen Emulgators in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-Teilen pro 100
Gew.-Teife der Monomeren, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß als äthylenisch ungesättigte Carbonsäuren ein Gemisch aus
1,0 bis 4 Gew.-Teilen Acrylsäure und
0,5 bis 6 Gew.-Teilen Methacrylsäure
0,5 bis 6 Gew.-Teilen Methacrylsäure
verwendet wird.
Geeignete äthylenisch ungesättigte Carbonsäureamide sind insbesondere Acrylamid, Methacrylamid oder
deren Methylofierungsprodukte, wie N-Methy-Iol(meth)acrylamid,
Methoxy-N-methyloI(meth)acrylamid,CarboxyäthyI-N-methyloI(meth)acryIamid.
Die Auswahl der äthylenisch ungesättigten Carbonsäure ist enischeidend für die Bildung emulgatorarmer
Latices aus den angegebenen Monomeren. Mit nur einer Carbonsäure ist das gewünschte Eigenschaftsbild nicht
zu erzielen. Durch die Kombination von Acrylsäure und Methacrylsäure werden dagegen sogar mit Emulgatorkonzentrationen
unter 0,5 Gew.-% (bezogen auf
Monomere; stabile, ausscheidungsfreie Latices enjalten.
Acrylsäure und Methacrylsäure zusammen machen 13
bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 13 bis 6 Gew.-% der
gesamten Monomeren aus. Das Gewichtsverhältnis von Acrylsäure zu Methacrylsäure kann zwischen 1 :5 bis
5.-1, vorzugsweise 1 .- 2 bis 2:1 variiert werden.
Die Menge der zur Polymerisation verwendeten anionischen Emulgatoren liegt unter 03% (bezogen auf
Monomere), vorzugsweise 0,05 bis 0,4%. Es können die üblichen anionischen Emulgatoren, ζ. B. Alkalisalze von
langkettigen Alkylsulfonaten, Alkylarylsulfonaten oder
langkettigen Alkylsulfaten verwendet werden. Salze
von Alkylsulfaten. wie Natriumlaurylsulfat. Ammoniumlaurylsulfat
oder die Alkalisalze der Sulfate von Gemischen gesättigter oder ungesättigter Fettalkohole
sind vorzuziehen.
Bevorzugt werden die Latices der Erfindung nach einem »halbkontinuierlichen Monomerenzulaufverfahren«
durch Polymerisation in wäßriger Emulsion hergestellt. Dabei wird ein Teil der Monomeren, im
allgemeinen 5 bis 25% der Gesamtmenge, vorgelegt, die
Polymerisation durch Zugabe von Aktivator gestartet und der Rest der Monomeren nach Maßgabe des
Umsatzes kontinuierlich zugefügt In dem vorgelegten Teil der Monomerenmischung kann der Gehalt an
Acrylsäure und Methacrylsäure höher sein als in dem später zugefüg:en Teil. Die Gesamtmenge muß aber
eingehalten werden. Ais besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, außer den Monomeren auch eine wäßrige
Aktivatorlösung im Verlauf der Polymerisasjon kontinuierlich
zuzugeben. Die P/Jymerisation wird im allgemeinen bis zu einem Umsatz über 90% geführt Nicht
polymerisierte Monomere können durch Entgasung, die auch der Desodorierung dient, entfernt werden. Zur
.Regelung des Molekulargewichts des Polymerisats können bei der Polymerisation die üblichen Regler, wie
Mercaptane (tert-Dodecylmercaptan, n-Dodecylmercaptan.
Octylmercaptan), halogenierte Kohlenwasserstoffe (Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, öromoionn),
oder auch aliphatische Alkohole und Aldehyde (Formaldehyd, Methanol) in Mengen von z. B. 03 bis 8%.
bezogen auf das Monomerengemisch, mit eingesetzt werden.
Zur Aktivierung werden bei der Polymerisation die
üblichen wasserlöslichen Radikalbildner, insbesondere
die Alkalisalze der Peroxodischwefelsäure (z. 8. Ammoniumpersulfat, Kaliumpersuifat) eingesetzt Reduktionsmittel,
wie Fbrmaidehydsulfoxylat oder Matriumbisulfit,
können in geringeren Mengen mitverwendet werden.
Polymerisiert wird vorteilhaft bei 75 bis 98°C
vorzugsweise bei 80 bis 95° C Während der Polymerisation
wird der pH durch Zugabe von Alkali zwischen 2 und 6 gehalten. Nach beendeter Polymerisation kann
durch weitere Alkalizugabe ein pH von 6,5 bis 10 eingestellt werden. Weiterhin können dem Latex nach
beendeter Polymerisation noch die üblichen Hflfsstoffe;
wie Alterungsschutzmittel nnd Baktericide, zugesetzt
werden.
Die Menge des zur Polymerisation verwendeten Wassers wird im allgemeinen so gewählt daß die to
Feststoffkonzentration der Latices im Bereich von 40 bis 60% liegt
Diese Latices sind frei von Mikrogel, sehr stabil und
schäumen nicht oder nur wenig.
Die in den nachfolgenden Beispielen aufgeführten μ
physikalischen Daten wurden wie folgt ermittelt:
Mittlerer Teilchendurchmesser: «/»-Wen durch
Lichtstreuung gemäß Makromol. Chem. 69 (1963) S. 213 u. 220.
Viskosität: Brookfield-Viskosimeter, Spindel 1.
30 Upm in cP.
Oberflächenspannung: Mit Stalagmometer nach Dr. Traube in dyn/cm.
Mechanische Stabilität: In Anlehnung an DIN-Norm
53 567 wird eine Latexprobe, in der in DIN 53 567 angegebenen Apparatur, beginnend bei 35° C der
Scherbeanspruchung einer mit 14 000 U/min ±200 U/min rotierenden Scheibe ausgesetzt Beurteilt wird M
die Bildung von Mikrokoagulat bzw. von groben Ausscheidungen d>
-ch Filtration und Auswiegen nach 1 Ominütiger Scherbeanspruchung.
3 e i s ρ i e i 1 :-
In einem 250-1-Edelstahl-Autoklav, abgestattet mit
Rührer, Thermometer und Thermostatisiervorrichtung. werden vorgelegt:
43 kg entmineralisiertes Wasser, 80 g Kaliumpersul-/at
80 g Na-Laurylsulfat 8 g Na-SaIz der Äthylendi- ·» amintetraessigsäure und 320 g Natriumhydroxid. Nach
Überlagern mit Stickstoff werden in den Autoklav gegeben:
3,2 kg Butadien. 4.0 kg Styrol, 400 g Acrylsäure, 400 g
Methacrylsäure und 100 g tert.-Dodecylmercaptan. +">
Anschließend wird unter Rühren die Temperatur innerhalb 2 Stunden auf 95°C gesteigert und bei dieser
Temperatur 30 Minuten lang gerührt Dann werden innerhalb von 8 Stunden folgende zwei Zuläufe
gleichmäßig zudosiert:
1. Monomerenzulauf aus 523 kg Butadien, 16,0 kg Styrol, 2 Kg Acrylsäure, ί.2 kg Methacrylsäure and 800 g
tert-Dodecylmercaptan;
2. wäßriger Zulauf aus 39 kg entmineralisiertem Wasser und 720 g Kaüumpersulfat Die Innentempera- «
tür des Autoklav wird während des Zulaufs und noch weitere iSiunden nach Zuiaufende auf »5:C genahen.
Dann wird mit einer Lösung von 80 g Kaliumpersulfat in 1,6 kg entmineralisiertem Wasser nachaktiviert und
weitere 4 Stunden bei 95°C gerührt Nach dem *>o
Abkühlen des. Latex wird dieser mit 800 g einer 5O°/oigen Emulsion eines handelsüblichen phenolischen
Alterungsschutzmittels stabilisiert und durch Zugabe von halbkonzentriertem Ammoniakwasser auf pH 9,0
eingestellt Der 52%ige Latex (Feststoff) wird durch Strippen mit Wasserdampf von Resten nichtpolymerisierter
Monomeren befreit
Der erhaltene Latex ist frei von Stippen und groben Ausscheidungen. Seine Oberflächenspannung beträgt
50 dyn/cm, seine Viskosität 93 cP, der mittlere Teilchendnrchmesser
betrug 220 um. Die mechanische Stabilität des Latex ist sehr gut Nach 10 Minuten wird keine
Koagulatbildung beobachtet
Der Latex eignet sich als Imprägniermittel für weiche
Vtiesmateriafien.
In einem 2-m3-EdeIstahI-AutokIav, ausgestattet mit
Rührer, Thermometer und Thermostatisiervorrichtung, werden vorgelegt:
480 kg entmineralisiertes Wasser, 0,8 kg Kaliumpersulfat,
0.6 kg Natriumlaurylsulfat 0,1 kg Na-SaIz der
Äthylendiamintetraessigsäure und 2 kg Natriunvhydroxio.
Nach Überlagern mit Stickstoff wird auf 400C aufgeheizt und folgende Monomerenmischung zugegeben:
48 kg Styrol. 24 kg Butadien, 4 kg Methacrylsäure.
4 kg Acrylsäure. 3 kg Tetrachlorkohlenstofί und \ kg
MethanoL Die Innentemperatur wird unter Rühren innerhalb einer Stunde auf 800C erhöht und noch eine
Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Danach werden folgende zwei Zuläufe gleichmäßig innerhalb von 10
Stunden bei einer Innentemperatur von 800C unter Rühren zudosiert:
1. Monomerenmischung aus 110 kg Butadien, 590 kg
Styrol, 12 kg Methacrylsäure, 8 kg Acrylsäure, 10 kg Tetrachlorkohlenstoff una 5 kg Methanol;
2. wäßrige Lösung aus 240 kg entmineraüsiertem
Wasser, 7 kg Kaüumpersulfat und 50 g Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure.
Es wird noch 4 Stunden bei 800C nachgerührt Der
erhaltene 51%ige Latex wird mit 10%iger Natronlauge auf pH 83 eingestellt und mi. 5 kg einer 50%igen
Emulsion eines handelsüblichen phenolischen Alterungsschutzmittels stabilisiert Durch Strippen mit
Wasserdampf wird der Latex von geringen Resten nichtpolymerisierter Monomeren befreit Der erhaltene
Latex ist weitgehend frei von Stipps?» und frei von groben Ausscheidungen. Er zeigt eine johe Oberflächenspannung
von 48 dyn/cm und eine niedrige Viskosität von 30 cP, der mittlere Teilchendurchmesser
betrug 280 μπτ. Bei Prüfung der mechanischen Stabilität
wird nach 10 Minuten weder eine Bildung von mikrofcoaguiai, noch von groben Ausscheidungen
beobachtet Der Latex eignet sich u. a. als Imprägniermittel für thermisch formbare Pappen, z. B. für
Schuhkappen.
In einem 40-!-Ede!stah!-Autok!av, ausgestattet mit
Rührer, Thermometer und Thermostatisiervorrichtung, werden vorgelegt:
9600 g entmineralisiertes Wasser, 16 g Kaliumpersulfat 1,6 g Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure,
nni *_io—v
lug na-jatz curca viciim
holsulfaten und 60 g Natriumhydroxid. Der Reaktor
wird mit Stickstoff gespült und auf 500C Innentemperatur
aufgeheizt Danach werden zugegeben:
640 g Butadien. 960 g Styrol, 80 g Methacrylsäure.
80 g Acrylsäure und 100 g Tetrachlorkohlenstoff, Anschließend wird unter Rühren die Temperatur auf
900C gesteigert und eine Stünde bei dieser Temperatur
gehalten. Dann dosiert man unter Rühren innerhalb von 6 Stunden folgende zwei Zuläufe gleichmäßig zu;
1. Monomerenmischung aus 6720 g Butadien, 7040 g Styrol, 240 g Methacrylsäure, 240 g Acrylsäure, 400 g
Tetrachlorkohlenstoff und 160 g Methanol:
2 wäßrige Lösung von 4800 g entmineralisiertem Wasser, 144 g Ammonhimpersulfat 48 g Na-SaIz eines
Gemisches von Qo-Qe-Fettalkoholsulfaten und 0,8 g
Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure. Die Innentemperatur
wird während der Zudosierung und noch 6 Stunden danach auf 900C gehalten. Der erhaltene
52%ige Latex wird mit 240 g einer 50%igen Emulsion eines handelsüblichen phenoiischen Alterungsschutzmittels
stabilisiert und mit halbkonzentriertem Ammoniak auf pH 8,7 eingestellt Er ist frei von Stippen und
groben Ausscheidungen. Seine Oberflächenspannung beträgt 46 dyn/cm, seine Viskosität 60 cP, der mittlere
Teilchendurchmesser betrug 240 μπτ. Bei PTifnng der
mechanischen Stabilität des Latex Ln Aniehnn-.* an DIN
53 567 wird ohne Stippenbildung eine Rührzeit von 10 Minuten erreicht. Der Latex eignet sich u.a als
Imprägnierbinder für NadelvHc"* «ppiche und zur
Poiverfesugung von Tufted-Tepp'—ien.
Vergleichsbt:-;;iei A
Nach diesem in Beispiel 3 angegebene?! Rezept wurde
zum Vergleich ein Latex hergestellt, der aitein 4% Methacrylsäure als polymerisierbare Carbonsäure enthielt;
Vergleichslatex A: Der Ansatz enthielt ca. 6 kg
groben Koagulats und war mit feinem Mikrokoagulat durchsetzt Rührer, Thermometerstutzen und Wandungen
waren stark mit Ausscheidungen bedeckt
- Vergleichsbeispiel B
Nach der im Beispiel 3 angegebenen Rezeptur wurde zum Vergleich ein Latex hergestellt, der allein 4%
Acrylsäure afs polymerisierbare Carbonsäure entkielt:
Vergleichslatex B: Nach Einstellung des pH auf ίο pH=83 resultierte ein wegen seiner Viskosität von
120OcP nicht mehr handhabbarer Latex (Brookfield,
Spindel 13 Upm).
Vergleichslatex C
Nach der im Beispiel 3 angegebenen Rezeptur wurde zum Vergleich ein Latex hergestellt wobei mit 160 g (in
der Vorlage) + 160 g (im wäßrigen Zulauf) Na-SaJz
eines Gemisches von Qo-Ci6-Fetta)koholsulfaten
gearbeitet wurde. Diese Menge entspricht 2,0%, bezogen auf 100 Teile Monomere im Gegensatz zu 0,4%
im Beispiel 3.
Es wurde ein stark zum Schäumen zeigender Latex
mit einer niedrigen Oberflächenspannung von 28 dyn/cm und einer Viskosität von 18OcP bei einem
mittleren Teilchendurchmesser von 130 nm erhalten.
Claims (1)
- ίαPatentarspruch:Verfahren zur Herstellung carboxylgruppenhaltiger Latices durch Polymerisation von Monomerengeniischen aus733 bis 183 Gew.-Teilen Butadien
20 bis 80 Gew.-Terfen Styrol
0 bis 10 Gew.-Teilen Acrylnitril
0 bis 5 Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter Carbonsäureamide oder Methylolderivaten derselben und13 bis 10 Gew.-Teilen äthylenisch ungesättiger Carbonsäurenin wäßriger Emulsion in Anwesenheit eines radikalbildenden Katalysators und eines anionischen Emulgators in einer Menge von weniger als 03 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen der Monomeren, dadurch gekennzeichnet, daß a!s äthylenisch ungesättigte Carbonsäuren ein Gemisch von1,0 bis 4 Gew.-Teilen Acrylsäure und
03 bis 6 Gew.-Tei?en Methacrylsäureverwendet wird.
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